本課題是山西省科技廳重大專項資助項目(編號:20131101029)的主要內(nèi)容。本文在對農(nóng)田灌溉研究現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上,著眼于智能灌溉的技術(shù)層面,融合無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù),對大面積栽培種植區(qū)域?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)水灌溉進(jìn)行深入研究,旨在降低農(nóng)民勞動強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田灌溉,減少水資源浪費(fèi)。結(jié)合智能化灌溉的發(fā)展方向,以智能化節(jié)水灌溉為研究目標(biāo),制定了以無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)為基礎(chǔ)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計方案。主要研究內(nèi)容如下:設(shè)計了以傳感器和數(shù)據(jù)傳輸單元(Data Transfer Unit,DTU)為核心的網(wǎng)絡(luò)感知節(jié)點(diǎn),負(fù)責(zé)把農(nóng)田現(xiàn)場土壤墑情傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)中心,突破了地域限制,方便用戶在任何地方查看農(nóng)田是否需要灌溉;研究了農(nóng)田現(xiàn)場傳感節(jié)點(diǎn)的規(guī)則化部署方法,提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知節(jié)點(diǎn)的利用率,節(jié)約了開發(fā)成本。構(gòu)建了以局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)傳輸通道,承擔(dān)著感知層與應(yīng)用層之間數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)墓δ?避免了農(nóng)田、果林等大面積栽培種植區(qū)域網(wǎng)絡(luò)布線帶來的各種問題。確定了網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議,研究了網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)計,使用NAT123建立了外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)的端口映射,解決了異網(wǎng)融合數(shù)據(jù)傳輸帶來的網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定問題。為了提高人機(jī)交互能力,以LabVIEW為軟件平臺開發(fā)了現(xiàn)場集控中心,應(yīng)用NI OPC+串口的方式建立了Lab VIEW與PLC的通訊連接;配置ODBC數(shù)據(jù)源,實(shí)現(xiàn)了LabVIEW與數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008的通訊連接,完成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā),為將來優(yōu)化灌溉制度奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,采用C#語言以字符串的形式調(diào)用網(wǎng)頁實(shí)時天氣預(yù)報,避免了灌溉后雨天造成的水資源浪費(fèi)。提出了一種基于模糊-專家系統(tǒng)的農(nóng)田灌溉控制方法,不用數(shù)值而用語言式的控制法則描述灌溉經(jīng)驗(yàn),建立系統(tǒng)變量之間的關(guān)系;研究了專家知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)構(gòu)以及推理機(jī)的設(shè)計方法。在Fuzzy System Designer工具包中對控制器的控制效果進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了控制策略的正確性,改變了以傳統(tǒng)種植經(jīng)驗(yàn)為主的農(nóng)田灌溉模式,提高了灌溉精度。開發(fā)了一套集網(wǎng)絡(luò)通訊、參數(shù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析與存儲、管理決策于一體的設(shè)施農(nóng)業(yè)智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)。系統(tǒng)性能測試結(jié)果顯示:傳感節(jié)點(diǎn)可以準(zhǔn)確地將傳感器采集到的農(nóng)田環(huán)境信息通過GPRS傳到監(jiān)測中心,誤差均未超過1%,傳感器采集結(jié)果準(zhǔn)確,網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠,滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)和設(shè)計要求;系統(tǒng)可在無人干預(yù)的情況下自主根據(jù)作物需求驅(qū)動設(shè)備完成智能化灌溉,與目標(biāo)值之間誤差小于5%,保證了灌溉的準(zhǔn)確性和及時性,推動了農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,促進(jìn)了我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S126;S27
【部分圖文】：

圍：-40℃~80℃，精度為±0.5℃；量范圍：（0~100）%RH，精度±1%RH；70mm；304 不銹鋼；485 信號；說明，如表 2-2 所示。表 2-2 傳感器接線說明Table 2-2 Wiring instructions of the sensor線色 說明 備注棕色 電源正 5~24 DC藍(lán)色 電源負(fù) GND黑色 485-A 485-A灰色 485-B 485-B屏蔽層 接電源負(fù)極為采集模式，接電源正極為配置

圖 3-3 模擬 DTU 工具Fig.3-3 DTU Simulation tool助手，選擇協(xié)議類型為 TCP Server、本地 IP 地址為 1如圖 3-4 所示。在模擬 DTU 工具和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手中，接”。在模擬 DTU 工具的左下角狀態(tài)顯示欄顯et 成功”，表示內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)端口映射通道連接成功。在“您好”后發(fā)送，則在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手的數(shù)據(jù)接收界面會數(shù)據(jù)輸入窗口輸入“太原理工大學(xué)”后發(fā)送，在模擬理工大學(xué)”，則說明該網(wǎng)絡(luò)通道可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸

圖 3-3 模擬 DTU 工具Fig.3-3 DTU Simulation tool開網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手，選擇協(xié)議類型為 TCP Server、本地 IP 地址為 172.16.194.1、號為 5002，如圖 3-4 所示。在模擬 DTU 工具和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手中，分別選擇“”和“連接”。在模擬 DTU 工具的左下角狀態(tài)顯示欄顯示“連接主a1.nat123.net 成功”，表示內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)端口映射通道連接成功。在模擬 DTU 工數(shù)據(jù)欄輸入“您好”后發(fā)送，則在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手的數(shù)據(jù)接收界面會顯示“您好調(diào)試助手的數(shù)據(jù)輸入窗口輸入“太原理工大學(xué)”后發(fā)送，在模擬 DTU 工具數(shù)顯示“太原理工大學(xué)”，則說明該網(wǎng)絡(luò)通道可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙天圖;馬蓉;劉南江;鄭玉玲;;基于ZigBee技術(shù)與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的棉田自動灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計[J];節(jié)水灌溉;2016年11期

2 余國雄;王衛(wèi)星;謝家興;陸華忠;林進(jìn)彬;莫昊凡;;基于物聯(lián)網(wǎng)的荔枝園信息獲取與智能灌溉專家決策系統(tǒng)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2016年20期

3 崔天時;孫建偉;呂信超;鄭鐵;孟祥遠(yuǎn);李昕洋;林珊;;基于GPRS的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)[J];農(nóng)機(jī)化研究;2016年10期

4 張伶鳦;王潤濤;張長利;王樹文;徐天龍;;基于調(diào)虧理論和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2016年13期

5 韓毅;許春雨;宋建成;施苗苗;;基于物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J];北方園藝;2016年09期

6 吳曉強(qiáng);黃云戰(zhàn);趙永杰;;基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫室溫濕度智能控制系統(tǒng)研究[J];中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報;2016年04期

7 李建軍;張闖江;張卓;;新疆棉田滴灌供水系統(tǒng)自動化節(jié)水控制的設(shè)計與研究[J];農(nóng)機(jī)化研究;2015年12期

8 謝家興;余國雄;王衛(wèi)星;陸華忠;林進(jìn)彬;;基于無線傳感網(wǎng)的荔枝園智能節(jié)水灌溉雙向通信和控制系統(tǒng)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年S2期

9 李瑾;郭美榮;高亮亮;;農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用及創(chuàng)新發(fā)展策略[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年S2期

10 李建軍;許燕;張冠;魏正英;張育斌;;基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和模糊控制的灌溉控制器設(shè)計[J];機(jī)械設(shè)計與研究;2015年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 秘立鵬;基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚自適應(yīng)控制系統(tǒng)的開發(fā)[D];太原理工大學(xué);2014年

2 張勝;基于ZigBee無線傳感網(wǎng)和模糊控制的溫室番茄智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計[D];浙江大學(xué);2011年

本文編號：2875672